KR102204111B1 - Compound and organic photoelectronic device and image sensor - Google Patents
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Abstract
화학식 1로 표현되는 화합물, 서로 마주하는 제1 전극과 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하고 화학식 1로 표현되는 화합물을 포함하는 활성층을 포함하는 유기 광전 소자 및 상기 유기 광전 소자를 포함하는 이미지 센서에 관한 것이다.An organic photoelectric device including a compound represented by Chemical Formula 1, a first electrode and a second electrode facing each other, and an active layer disposed between the first electrode and the second electrode and including the compound represented by Chemical Formula 1, and the organic photoelectric It relates to an image sensor comprising a device.
Description
화합물, 유기 광전 소자 및 이미지 센서에 관한 것이다.
It relates to compounds, organic photoelectric devices and image sensors.
광전 소자는 광전 효과를 이용하여 빛을 전기 신호로 변환시키는 소자로, 광 다이오드 및 광 트랜지스터 등을 포함하며, 이미지 센서 등에 적용될 수 있다.A photoelectric device is a device that converts light into an electric signal using a photoelectric effect, and includes a photodiode and a phototransistor, and may be applied to an image sensor.
광 다이오드를 포함하는 이미지 센서는 날이 갈수록 해상도가 높아지고 있으며, 이에 따라 화소 크기가 작아지고 있다. 현재 주로 사용하는 실리콘 광 다이오드의 경우 화소의 크기가 작아지면서 흡수 면적이 줄어들기 때문에 감도 저하가 발생할 수 있다. 이에 따라 실리콘을 대체할 수 있는 유기 물질이 연구되고 있다.Image sensors including photodiodes have a higher resolution as days go by, and accordingly, a pixel size is decreasing. In the case of a silicon photodiode, which is mainly used at present, since the size of the pixel decreases and the absorption area decreases, sensitivity may decrease. Accordingly, organic materials that can replace silicon are being studied.
유기 물질은 흡광 계수가 크고 분자 구조에 따라 특정 파장 영역의 빛을 선택적으로 흡수할 수 있으므로, 광 다이오드와 색 필터를 동시에 대체할 수 있어서 감도 개선 및 고집적에 매우 유리하다.
Since the organic material has a high extinction coefficient and can selectively absorb light in a specific wavelength region according to its molecular structure, it is very advantageous in improving sensitivity and high integration because it can simultaneously replace a photodiode and a color filter.
일 구현예는 녹색 파장 영역의 빛을 선택적으로 흡수할 수 있는 화합물을 제공한다.One embodiment provides a compound capable of selectively absorbing light in a green wavelength region.
다른 구현예는 녹색 파장 영역의 빛을 선택적으로 흡수하고 효율을 개선할 수 있는 유기 광전 소자를 제공한다.Another embodiment provides an organic photoelectric device capable of selectively absorbing light in a green wavelength region and improving efficiency.
다른 구현예는 상기 유기 광전 소자를 포함하는 이미지 센서를 제공한다.
Another embodiment provides an image sensor including the organic photoelectric device.
일 구현예에 따르면, 하기 화학식 1로 표현되는 화합물을 제공한다.According to one embodiment, a compound represented by the following
[화학식 1][Formula 1]
상기 화학식 1에서,In Formula 1,
R1은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴아민기, 아민기, 할로겐기, 히드록시기, 시아노기, 시아노비닐기, 디시아노비닐기 또는 이들의 조합이고,R 1 is a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C30 cycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 heterocycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, substituted or unsubstituted A ringed C3 to C30 heteroaryl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 arylamine group, an amine group, a halogen group, a hydroxy group, a cyano group, a cyanovinyl group, a dicyanovinyl group, or a combination thereof,
R2 내지 R7은 각각 독립적으로 존재하거나 인접한 두 개가 결합하여 융합고리를 형성하고, 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 카르보닐기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴아민기, 아민기, 할로겐기, 히드록시기, 시아노기, 시아노비닐기, 디시아노비닐기 또는 이들의 조합이고,R 2 to R 7 are each independently present or two adjacent to each other form a fused ring, and hydrogen, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C30 cycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 heterocycloalkyl group, substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, substituted or unsubstituted C3 to C30 heteroaryl group, substituted or unsubstituted C1 to C30 carbonyl group, substituted or unsubstituted C6 to C30 arylamine A group, an amine group, a halogen group, a hydroxy group, a cyano group, a cyanovinyl group, a dicyanovinyl group, or a combination thereof,
X1 및 X2는 각각 독립적으로 할로겐 기, 할로겐 함유기 또는 이들의 조합이다.X 1 and X 2 are each independently a halogen group, a halogen-containing group, or a combination thereof.
상기 화합물은 약 500nm 내지 600nm에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가질 수 있다.The compound may have a maximum absorption wavelength (λ max ) at about 500 nm to 600 nm.
상기 화합물은 박막 상태에서 약 50nm 내지 150nm의 반치폭(full width at half maximum, FWHM)을 가지는 흡광 곡선을 나타낼 수 있다.The compound may exhibit an absorption curve having a full width at half maximum (FWHM) of about 50 nm to 150 nm in a thin film state.
상기 화합물은 약 4.3 내지 7.0eV의 HOMO 레벨 및 약 1.9 내지 3.1eV의 에너지 밴드갭을 가질 수 있다.The compound may have a HOMO level of about 4.3 to 7.0 eV and an energy band gap of about 1.9 to 3.1 eV.
상기 화학식 1에서, X1 및 X2는 각각 불소일 수 있고 R1은 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 시아노기 또는 이들의 조합일 수 있다.In Formula 1, X 1 and X 2 may each be fluorine, and R 1 may be a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, a cyano group, or a combination thereof.
상기 화합물은 하기 화학식 1a 내지 1n 중 어느 하나로 표현되는 화합물일 수 있다.The compound may be a compound represented by any one of the following Formulas 1a to 1n.
[화학식 1a] [화학식 1b] [화학식 1c] [화학식 1d][Formula 1a] [Formula 1b] [Formula 1c] [Formula 1d]
[화학식 1e] [화학식 1f] [화학식 1g][Formula 1e] [Formula 1f] [Formula 1g]
[화학식 1h] [화학식 1i] [화학식 1j][Formula 1h] [Formula 1i] [Formula 1j]
[화학식 1k] [화학식 1l][Formula 1k] [Formula 1l]
[화학식 1m] [화학식 1n] [Formula 1m] [Formula 1n]
다른 구현예에 따르면, 서로 마주하는 제1 전극과 제2 전극, 그리고 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하고 하기 화학식 1로 표현되는 화합물을 포함하는 활성층을 포함하는 유기 광전 소자를 제공한다.According to another embodiment, there is provided an organic photoelectric device including a first electrode and a second electrode facing each other, and an active layer disposed between the first electrode and the second electrode and including a compound represented by Formula 1 below. .
[화학식 1] [Formula 1]
상기 화학식 1에서,In Formula 1,
R1은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 아실기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴아민기, 아민기, 할로겐기, 히드록시기, 시아노기, 시아노비닐기, 디시아노비닐기 또는 이들의 조합이고,R 1 is a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C30 cycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 heterocycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, substituted or unsubstituted Ringed C3 to C30 heteroaryl group, substituted or unsubstituted C1 to C30 acyl group, substituted or unsubstituted C6 to C30 arylamine group, amine group, halogen group, hydroxy group, cyano group, cyanovinyl group, dicyano Vinyl group or a combination thereof,
R2 내지 R7은 각각 독립적으로 존재하거나 인접한 두 개가 결합하여 융합고리를 형성하고, 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 아실기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 카르보닐기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴아민기, 아민기, 할로겐기, 히드록시기, 시아노기, 시아노비닐기, 디시아노비닐기 또는 이들의 조합이고,R 2 to R 7 are each independently present or two adjacent to each other form a fused ring, and hydrogen, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C30 cycloalkyl group, substituted or unsubstituted C3 to C30 cycloalkenyl group, substituted or unsubstituted C2 to C30 heterocycloalkyl group, substituted or unsubstituted C3 to C30 heterocycloalkenyl group, substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, substituted or unsubstituted C3 to C30 heteroaryl group, substituted or unsubstituted C1 to C30 acyl group, substituted or unsubstituted C1 to C30 carbonyl group, substituted or unsubstituted C6 to C30 arylamine group, amine Group, halogen group, hydroxy group, cyano group, cyanovinyl group, dicyanovinyl group, or a combination thereof,
X1 및 X2는 각각 독립적으로 할로겐 기, 할로겐 함유기 또는 이들의 조합이다.X 1 and X 2 are each independently a halogen group, a halogen-containing group, or a combination thereof.
상기 활성층은 약 500nm 내지 600nm에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가질 수 있다.The active layer may have a maximum absorption wavelength (λ max ) in about 500 nm to 600 nm.
상기 활성층은 약 50nm 내지 150nm의 반치폭을 가지는 흡광 곡선을 나타낼 수 있다.The active layer may exhibit an absorption curve having a half width of about 50 nm to 150 nm.
상기 화합물은 약 4.3 내지 7.0eV의 HOMO 레벨 및 약 1.9 내지 3.1eV의 에너지 밴드갭을 가질 수 있다.The compound may have a HOMO level of about 4.3 to 7.0 eV and an energy band gap of about 1.9 to 3.1 eV.
상기 화학식 1에서, X1 및 X2는 각각 불소일 수 있고 R1은 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 시아노기 또는 이들의 조합일 수 있다.In Formula 1, X 1 and X 2 may each be fluorine, and R 1 may be a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, a cyano group, or a combination thereof.
상기 화학식 1로 표현되는 화합물은 하기 화학식 1a 내지 1p 중 어느 하나로 표현될 수 있다. The compound represented by Formula 1 may be represented by any one of the following Formulas 1a to 1p.
[화학식 1a] [화학식 1b] [화학식 1c] [화학식 1d][Formula 1a] [Formula 1b] [Formula 1c] [Formula 1d]
[화학식 1e] [화학식 1f] [화학식 1g][Formula 1e] [Formula 1f] [Formula 1g]
[화학식 1h] [화학식 1i] [화학식 1j][Formula 1h] [Formula 1i] [Formula 1j]
[화학식 1k] [화학식 1l] [화학식 1m] [화학식 1n][Formula 1k] [Formula 1l] [Formula 1m] [Formula 1n]
[화학식 1o] [화학식 1p] [Formula 1o] [Formula 1p]
상기 활성층은 p형 반도체 화합물 또는 n형 반도체 화합물을 더 포함할 수 있다.The active layer may further include a p-type semiconductor compound or an n-type semiconductor compound.
상기 p형 반도체 화합물은 하기 화학식 2로 표현되는 화합물 및 하기 화학식 3으로 표현되는 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The p-type semiconductor compound may include at least one of a compound represented by Formula 2 below and a compound represented by Formula 3 below.
[화학식 2][Formula 2]
상기 화학식 2에서,In Chemical Formula 2,
R8 내지 R19는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기, 할로겐 원자 또는 이들의 조합이고,R 8 to R 19 are Each independently hydrogen, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C30 cycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 heterocycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, substituted Or an unsubstituted C3 to C30 heteroaryl group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkoxy group, a halogen atom, or a combination thereof,
[화학식 3][Formula 3]
상기 화학식 3에서,In Chemical Formula 3,
R20 내지 R31은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기, 할로겐 원자, 할로겐 함유기 또는 이들의 조합이고,R 20 to R 31 are each independently hydrogen, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, a substituted or unsubstituted C3 to C30 heteroaryl group, a halogen atom, a halogen-containing group Or a combination thereof,
X는 음이온이다.X is an anion.
상기 활성층은 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수할 수 있다.The active layer may selectively absorb light in a green wavelength region.
상기 활성층은 상기 화학식 1로 표현되는 화합물을 포함하는 진성층을 포함할 수 있다.The active layer may include an intrinsic layer including the compound represented by Chemical Formula 1.
상기 활성층은 상기 진성층의 일면에 위치하는 p형 층과 상기 진성층의 다른 일면에 위치하는 n형 층 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.The active layer may further include at least one of a p-type layer located on one surface of the intrinsic layer and an n-type layer located on the other surface of the intrinsic layer.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 유기 광전 소자를 포함하는 이미지 센서를 제공한다.According to another embodiment, an image sensor including the organic photoelectric device is provided.
상기 이미지 센서는 청색 파장 영역의 광을 감지하는 복수의 제1 광 감지 소자 및 적색 파장 영역의 광을 감지하는 복수의 제2 광 감지 소자가 집적되어 있는 반도체 기판, 상기 반도체 기판의 상부에 위치하고 청색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 청색 필터와 적색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 적색 필터를 포함하는 색 필터 층, 그리고 상기 색 필터 층의 상부에 위치하고 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 상기 유기 광전 소자를 포함할 수 있다.
The image sensor is a semiconductor substrate in which a plurality of first photo-sensing elements for detecting light in a blue wavelength region and a plurality of second photo-sensing elements for detecting light in a red wavelength region are integrated, and is positioned above the semiconductor substrate A color filter layer comprising a blue filter selectively absorbing light in a wavelength region and a red filter selectively absorbing light in a red wavelength region, and is positioned above the color filter layer and selectively absorbs light in a green wavelength region. It may include the organic photoelectric device.
녹색 파장 영역의 빛을 선택적으로 흡수할 수 있는 화합물을 제공하고 상기 화합물에 의해 녹색 파장 영역의 파장 선택성을 높여 효율을 개선할 수 있는 유기 광전 소자 및 이미지 센서를 제공한다.
An organic photoelectric device and an image sensor capable of improving efficiency by providing a compound capable of selectively absorbing light in a green wavelength region and increasing wavelength selectivity in a green wavelength region by the compound are provided.
도 1은 일 구현예에 따른 유기 광전 소자를 도시한 단면도이고,
도 2는 다른 구현예에 따른 유기 광전 소자를 도시한 단면도이고,
도 3은 일 구현예에 따른 유기 CMOS 이미지 센서를 도시한 단면도이고,
도 4는 다른 구현예에 따른 유기 CMOS 이미지 센서를 도시한 단면도이고,
도 5는 합성예 3에서 얻은 화합물의 박막 특성을 보여주는 사진이고,
도 6 내지 도 11은 각각 실시예 1 내지 6에 따른 유기 광전 소자의 파장 및 전압에 따른 외부양자효율(EQE)을 보여주는 그래프이고,
도 12는 실시예 4에 따른 유기 광전 소자를 120℃에서 30분간 방치한 후 전류밀도의 변화를 보여주는 그래프이고,
도 13은 실시예 5에 따른 유기 광전 소자를 120℃에서 30분간 방치한 후 전류밀도의 변화를 보여주는 그래프이다.1 is a cross-sectional view showing an organic photoelectric device according to an embodiment,
2 is a cross-sectional view showing an organic photoelectric device according to another embodiment,
3 is a cross-sectional view showing an organic CMOS image sensor according to an embodiment,
4 is a cross-sectional view showing an organic CMOS image sensor according to another embodiment,
5 is a photograph showing the thin film properties of the compound obtained in Synthesis Example 3,
6 to 11 are graphs showing external quantum efficiency (EQE) according to wavelength and voltage of organic photoelectric devices according to Examples 1 to 6, respectively,
12 is a graph showing changes in current density after leaving the organic photoelectric device according to Example 4 at 120° C. for 30 minutes,
13 is a graph showing changes in current density after leaving the organic photoelectric device according to Example 5 at 120° C. for 30 minutes.
이하, 본 발명의 구현예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art may easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in various different forms, and is not limited to the embodiments described herein.
본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, '치환된'이란, 화합물 중의 수소 원자가 할로겐 원자(F, Br, Cl 또는 I), 히드록시기, 알콕시기, 니트로기, 시아노기, 아미노기, 아지도기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, 카르보닐기, 카르바밀기, 티올기, 에스테르기, 카르복실기나 그의 염, 술폰산기나 그의 염, 인산이나 그의 염, C1 내지 C20 알킬기, C2 내지 C20 알케닐기, C2 내지 C20 알키닐기, C6 내지 C30 아릴기, C7 내지 C30 아릴알킬기, C1 내지 C4 알콕시기, C1 내지 C20 헤테로알킬기, C3 내지 C20 헤테로아릴알킬기, C3 내지 C30 사이클로알킬기, C3 내지 C15 사이클로알케닐기, C6 내지 C15 사이클로알키닐기, C2 내지 C20 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택된 치환기로 치환된 것을 의미한다.Unless otherwise defined in the specification, the term'substituted' means that the hydrogen atom in the compound is a halogen atom (F, Br, Cl or I), a hydroxy group, an alkoxy group, a nitro group, a cyano group, an amino group, an azido group, amidino Group, hydrazino group, hydrazono group, carbonyl group, carbamyl group, thiol group, ester group, carboxyl group or salt thereof, sulfonic acid group or salt thereof, phosphoric acid or salt thereof, C1 to C20 alkyl group, C2 to C20 alkenyl group, C2 to C20 alkynyl group, C6 to C30 aryl group, C7 to C30 arylalkyl group, C1 to C4 alkoxy group, C1 to C20 heteroalkyl group, C3 to C20 heteroarylalkyl group, C3 to C30 cycloalkyl group, C3 to C15 cycloalkenyl group, C6 to It means substituted with a substituent selected from a C15 cycloalkynyl group, a C2 to C20 heterocycloalkyl group, and combinations thereof.
또한, 본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, '헤테로'란, N, O, S 및 P에서 선택된 헤테로 원자를 1 내지 3개 함유한 것을 의미한다.In addition, unless otherwise defined in the specification,'hetero' means containing 1 to 3 heteroatoms selected from N, O, S, and P.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.In the drawings, the thicknesses are enlarged to clearly express various layers and regions. The same reference numerals are assigned to similar parts throughout the specification. When a part of a layer, film, region, plate, etc. is said to be "on" another part, this includes not only the case where the other part is "directly above", but also the case where there is another part in the middle. Conversely, when one part is "directly above" another part, it means that there is no other part in the middle.
도면에서 본 구현예를 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하였다.In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present embodiment, and the same reference numerals are used for the same or similar components throughout the specification.
이하 일 구현예에 따른 화합물을 설명한다.Hereinafter, a compound according to an embodiment will be described.
일 구현예에 따른 화합물은 하기 화학식 1로 표현된다.The compound according to an embodiment is represented by the following formula (1).
[화학식 1][Formula 1]
상기 화학식 1에서,In
R1은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴아민기, 아민기, 할로겐기, 히드록시기, 시아노기, 시아노비닐기, 디시아노비닐기 또는 이들의 조합이고,R 1 is a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C30 cycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 heterocycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, substituted or unsubstituted A ringed C3 to C30 heteroaryl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 arylamine group, an amine group, a halogen group, a hydroxy group, a cyano group, a cyanovinyl group, a dicyanovinyl group, or a combination thereof,
R2 내지 R7은 각각 독립적으로 존재하거나 인접한 두 개가 결합하여 융합고리를 형성하고, 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 카르보닐기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴아민기, 아민기, 할로겐기, 히드록시기, 시아노기, 시아노비닐기, 디시아노비닐기 또는 이들의 조합이고,R 2 to R 7 are each independently present or two adjacent to each other form a fused ring, and hydrogen, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C30 cycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 heterocycloalkyl group, substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, substituted or unsubstituted C3 to C30 heteroaryl group, substituted or unsubstituted C1 to C30 carbonyl group, substituted or unsubstituted C6 to C30 arylamine A group, an amine group, a halogen group, a hydroxy group, a cyano group, a cyanovinyl group, a dicyanovinyl group, or a combination thereof,
X1 및 X2는 각각 독립적으로 할로겐 기, 할로겐 함유기 또는 이들의 조합이다.X 1 and X 2 are each independently a halogen group, a halogen-containing group, or a combination thereof.
상기 화합물은 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 화합물로, 약 500nm 내지 600nm에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가질 수 있다. The compound is a compound that selectively absorbs light in a green wavelength region, and may have a maximum absorption wavelength (λ max ) in about 500 nm to 600 nm.
상기 화합물은 박막 상태에서 약 50nm 내지 150nm의 비교적 작은 반치폭(full width at half maximum, FWHM)을 가지는 흡광 곡선을 나타낼 수 있다. 여기서 반치폭은 최대 흡광 지점의 반(half)에 대응하는 파장의 폭(width)으로, 반치폭이 작으면 좁은 파장 영역의 빛을 선택적으로 흡수하여 파장 선택성이 높다는 것을 의미한다. 상기 범위의 반치폭을 가짐으로써 녹색 파장 영역에 대한 선택성을 높일 수 있다.The compound may exhibit an absorption curve having a relatively small full width at half maximum (FWHM) of about 50 nm to 150 nm in a thin film state. Here, the half-value width is the width of the wavelength corresponding to half of the maximum absorption point. If the half-value width is small, it means that the wavelength selectivity is high by selectively absorbing light in a narrow wavelength range. By having a half width of the above range, selectivity for a green wavelength region can be improved.
상기 화합물은 약 4.3 내지 7.0eV의 HOMO 레벨을 가질 수 있고, 약 1.9 내지 3.1eV의 에너지 밴드갭을 가질 수 있다. 상기 범위의 HOMO 레벨 및 에너지 밴드갭을 가짐으로써 녹색 파장 영역에서 광을 효과적으로 흡수하는 n형 또는 p형 반도체로 적용될 수 있고 그에 따라 높은 외부양자효율(external quantum efficiency, EQE)을 가질 수 있어 광전 변환 효율을 개선할 수 있다.The compound may have a HOMO level of about 4.3 to 7.0 eV, and may have an energy band gap of about 1.9 to 3.1 eV. By having the HOMO level and energy band gap in the above range, it can be applied as an n-type or p-type semiconductor that effectively absorbs light in the green wavelength region, and accordingly, it can have high external quantum efficiency (EQE), photoelectric conversion Efficiency can be improved.
일 예로, 상기 화학식 1에서, X1 및 X2는 각각 불소일 수 있다.For example, in
일 예로, 상기 화학식 1에서, R1은 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 시아노기 또는 이들의 조합일 수 있다. 상기 아릴기는 예컨대 페닐기일 수 있다.For example, in
상기 화합물은 예컨대 하기 화학식 1a 내지 1n 중 어느 하나로 표현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The compound may be, for example, represented by any one of Formulas 1a to 1n, but is not limited thereto.
[화학식 1a] [화학식 1b] [화학식 1c] [화학식 1d][Formula 1a] [Formula 1b] [Formula 1c] [Formula 1d]
[화학식 1e] [화학식 1f] [화학식 1g][Formula 1e] [Formula 1f] [Formula 1g]
[화학식 1h] [화학식 1i] [화학식 1j][Formula 1h] [Formula 1i] [Formula 1j]
[화학식 1k] [화학식 1l][Formula 1k] [Formula 1l]
[화학식 1m] [화학식 1n] [Formula 1m] [Formula 1n]
이하 상기 화합물을 포함하는 일 구현예에 따른 유기 광전 소자에 대하여 도면을 참고하여 설명한다.Hereinafter, an organic photoelectric device according to an embodiment including the compound will be described with reference to the drawings.
도 1은 일 구현예에 따른 유기 광전 소자를 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating an organic photoelectric device according to an embodiment.
도 1을 참고하면, 일 구현예에 따른 유기 광전 소자(100)는 서로 마주하는 제1 전극(10)과 제2 전극(20), 그리고 제1 전극(10)과 제2 전극(20) 사이에 위치하는 활성층(30)을 포함한다.Referring to FIG. 1, an organic
제1 전극(10)과 제2 전극(20) 중 어느 하나는 애노드(anode)이고 다른 하나는 캐소드(cathode)이다. 제1 전극(10)과 제2 전극(20) 중 적어도 하나는 투광 전극일 수 있고, 상기 투광 전극은 예컨대 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide, ITO) 또는 인듐 아연 옥사이드(indium zinc oxide, IZO)와 같은 투명 도전체, 또는 얇은 두께의 단일층 또는 복수층의 금속 박막으로 만들어질 수 있다. 제1 전극(10)과 제2 전극(20) 중 하나가 불투광 전극인 경우 예컨대 알루미늄(Al)과 같은 불투명 도전체로 만들어질 수 있다.One of the
활성층(30)은 p형 반도체 물질과 n형 반도체 물질이 포함되어 pn 접합(pn junction)을 형성하는 층으로, 외부에서 빛을 받아 엑시톤(exciton)을 생성한 후 생성된 엑시톤을 정공과 전자로 분리하는 층이다.The
활성층(30)은 하기 화학식 1로 표현되는 화합물을 포함한다.The
[화학식 1][Formula 1]
상기 화학식 1에서,In
R1은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 아실기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴아민기, 아민기, 할로겐기, 히드록시기, 시아노기, 시아노비닐기, 디시아노비닐기 또는 이들의 조합이고,R 1 is a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C30 cycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 heterocycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, substituted or unsubstituted Ringed C3 to C30 heteroaryl group, substituted or unsubstituted C1 to C30 acyl group, substituted or unsubstituted C6 to C30 arylamine group, amine group, halogen group, hydroxy group, cyano group, cyanovinyl group, dicyano Vinyl group or a combination thereof,
R2 내지 R7은 각각 독립적으로 존재하거나 인접한 두 개가 결합하여 융합고리를 형성하고, 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 아실기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 카르보닐기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴아민기, 아민기, 할로겐기, 히드록시기, 시아노기, 시아노비닐기, 디시아노비닐기 또는 이들의 조합이고,R 2 to R 7 are each independently present or two adjacent to each other form a fused ring, and hydrogen, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C30 cycloalkyl group, substituted or unsubstituted C3 to C30 cycloalkenyl group, substituted or unsubstituted C2 to C30 heterocycloalkyl group, substituted or unsubstituted C3 to C30 heterocycloalkenyl group, substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, substituted or unsubstituted C3 to C30 heteroaryl group, substituted or unsubstituted C1 to C30 acyl group, substituted or unsubstituted C1 to C30 carbonyl group, substituted or unsubstituted C6 to C30 arylamine group, amine Group, halogen group, hydroxy group, cyano group, cyanovinyl group, dicyanovinyl group, or a combination thereof,
X1 및 X2는 각각 독립적으로 할로겐 기, 할로겐 함유기 또는 이들의 조합이다.X 1 and X 2 are each independently a halogen group, a halogen-containing group, or a combination thereof.
상기 화합물은 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 화합물로, 상기 화합물을 포함하는 활성층(30)은 약 500nm 내지 600nm에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가지는 녹색 파장의 광을 선택적으로 흡수할 수 있다. The compound is a compound that selectively absorbs light in a green wavelength region, and the
활성층(30)은 약 50nm 내지 150nm의 비교적 작은 반치폭(FWHM)을 가지는 흡광 곡선을 나타낼 수 있다. 이에 따라 활성층(30)은 녹색 파장 영역의 광에 대하여 높은 선택성을 가질 수 있다.The
상기 화합물은 약 4.3 내지 7.0eV의 HOMO 레벨을 가질 수 있고, 약 1.9 내지 3.1eV의 에너지 밴드갭을 가질 수 있다. 상기 범위의 HOMO 레벨 및 에너지 밴드갭을 가짐으로써 녹색 파장 영역에서 광을 효과적으로 흡수하는 n형 또는 p형 반도체로 적용될 수 있다.The compound may have a HOMO level of about 4.3 to 7.0 eV, and may have an energy band gap of about 1.9 to 3.1 eV. By having the HOMO level and energy band gap in the above range, it can be applied as an n-type or p-type semiconductor that effectively absorbs light in a green wavelength region.
일 예로, 상기 화학식 1에서, X1 및 X2는 각각 불소일 수 있다.For example, in
일 예로, 상기 화학식 1에서, R1은 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 시아노기 또는 이들의 조합일 수 있다. 상기 아릴기는 예컨대 페닐기일 수 있다.For example, in
상기 화합물은 예컨대 하기 화학식 1a 내지 1p 중 어느 하나로 표현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The compound may be, for example, represented by any one of Formulas 1a to 1p, but is not limited thereto.
[화학식 1a] [화학식 1b] [화학식 1c] [화학식 1d][Formula 1a] [Formula 1b] [Formula 1c] [Formula 1d]
[화학식 1e] [화학식 1f] [화학식 1g][Formula 1e] [Formula 1f] [Formula 1g]
[화학식 1h] [화학식 1i] [화학식 1j][Formula 1h] [Formula 1i] [Formula 1j]
[화학식 1k] [화학식 1l] [화학식 1m] [화학식 1n][Formula 1k] [Formula 1l] [Formula 1m] [Formula 1n]
[화학식 1o] [화학식 1p] [Formula 1o] [Formula 1p]
상기 화합물은 활성층(30)에서 n형 반도체 또는 p형 반도체로 적용될 수 있다. 상기 화합물이 n형 반도체로 적용되는 경우 상기 n형 반도체와 함께 pn접합을 형성하기 위한 p형 반도체를 더 포함할 수 있고 상기 화합물이 p형 반도체로 적용되는 경우 상기 p형 반도체와 함께 pn접합을 형성하기 위한 n형 반도체를 더 포함할 수 있다.The compound may be applied as an n-type semiconductor or a p-type semiconductor in the
일 예로, 상기 화합물이 n형 반도체로 적용되는 경우, 하기 화학식 2로 표현되는 p형 반도체를 더 포함할 수 있다.For example, when the compound is applied as an n-type semiconductor, it may further include a p-type semiconductor represented by
[화학식 2][Formula 2]
상기 화학식 2에서,In
R8 내지 R19는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기, 할로겐 원자 또는 이들의 조합이다.R 8 to R 19 are Each independently hydrogen, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C30 cycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 heterocycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, substituted Or an unsubstituted C3 to C30 heteroaryl group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkoxy group, a halogen atom, or a combination thereof.
상기 화학식 2로 표현되는 화합물은 예컨대 하기 화학식 2a 내지 2h로 표현되는 화합물 중 적어도 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The compound represented by
[화학식 2a] [화학식 2b] [화학식 2c][Formula 2a] [Formula 2b] [Formula 2c]
[화학식 2d] [화학식 2e] [화학식 2f][Formula 2d] [Formula 2e] [Formula 2f]
[화학식 2g] [화학식 2h][Formula 2g] [Formula 2h]
일 예로, 상기 화합물이 n형 반도체로 적용되는 경우, 하기 화학식 3으로 표현되는 p형 반도체를 더 포함할 수 있다.For example, when the compound is applied as an n-type semiconductor, it may further include a p-type semiconductor represented by
[화학식 3][Formula 3]
상기 화학식 3에서,In
R20 내지 R31은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기, 할로겐 원자, 할로겐 함유기 또는 이들의 조합이고,R 20 to R 31 are each independently hydrogen, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, a substituted or unsubstituted C3 to C30 heteroaryl group, a halogen atom, a halogen-containing group Or a combination thereof,
X는 음이온이다.X is an anion.
상기 화학식 3으로 표현되는 화합물은 예컨대 하기 화학식 3a 내지 3e로 표현되는 화합물 중 적어도 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The compound represented by
[화학식 3a] [화학식 3b] [화학식 3c][Formula 3a] [Formula 3b] [Formula 3c]
[화학식 3d] [화학식 3e][Formula 3d] [Formula 3e]
활성층(30)은 단일 층일 수도 있고 복수 층일 수도 있다. 활성층(30)은 예컨대 진성층(instrinsic layer, I층), p형 층/I층, I층/n형 층, p형 층/I층/n형 층, p형 층/n형 층 등 다양한 조합일 수 있다.The
상기 진성층(I층)은 상기 p형 반도체와 상기 n형 반도체가 약 1:100 내지 약 100:1의 두께 비로 혼합되어 포함될 수 있다. 상기 범위 내에서 약 1:50 내지 50:1의 두께 비로 포함될 수 있으며, 상기 범위 내에서 약 1:10 내지 10:1의 두께 비로 포함될 수 있으며, 상기 범위 내에서 약 1:1의 두께 비로 포함될 수 있다. p형 반도체와 n형 반도체가 상기 범위의 조성비를 가짐으로써 효과적인 엑시톤 생성 및 pn 접합 형성에 유리하다. The intrinsic layer (I layer) may be included by mixing the p-type semiconductor and the n-type semiconductor at a thickness ratio of about 1:100 to about 100:1. Within the above range may be included in a thickness ratio of about 1:50 to 50:1, may be included in a thickness ratio of about 1:10 to 10:1 within the range, and included in a thickness ratio of about 1:1 I can. Since the p-type semiconductor and the n-type semiconductor have a composition ratio within the above range, it is advantageous for effective exciton generation and pn junction formation.
상기 p형 층은 상기 p형 반도체를 포함할 수 있고, 상기 n형 층은 상기 n형 반도체를 포함할 수 있다.The p-type layer may include the p-type semiconductor, and the n-type layer may include the n-type semiconductor.
활성층(30)은 약 1nm 내지 500nm의 두께를 가질 수 있다. 상기 범위 내에서 약 5nm 내지 300nm의 두께를 가질 수 있다. 상기 범위의 두께를 가짐으로써 빛을 효과적으로 흡수하고 정공과 전자를 효과적으로 분리 및 전달함으로써 광전 변환 효율을 효과적으로 개선할 수 있다.The
유기 광전 소자(100)는 제1 전극(10) 및/또는 제2 전극(20) 측으로부터 빛이 입사되어 활성층(30)이 소정 파장 영역의 빛을 흡수하면 내부에서 엑시톤이 생성될 수 있다. 엑시톤은 활성층(30)에서 정공과 전자로 분리되고, 분리된 정공은 제1 전극(10)과 제2 전극(20) 중 하나인 애노드 측으로 이동하고 분리된 전자는 제1 전극(10)과 제2 전극(20) 중 다른 하나인 캐소드 측으로 이동하여 유기 광전 소자에 전류가 흐를 수 있게 된다.In the organic
이하 도 2를 참고하여 다른 구현예에 따른 유기 광전 소자에 대하여 설명한다.Hereinafter, an organic photoelectric device according to another embodiment will be described with reference to FIG. 2.
도 2는 다른 구현예에 따른 유기 광전 소자를 도시한 단면도이다. 2 is a cross-sectional view illustrating an organic photoelectric device according to another embodiment.
도 2를 참고하면, 본 구현예에 따른 유기 광전 소자(100)는 전술한 구현예와 마찬가지로 서로 마주하는 제1 전극(10)과 제2 전극(20), 그리고 제1 전극(10)과 제2 전극(20) 사이에 위치하는 활성층(30)을 포함한다.Referring to FIG. 2, the organic
그러나 본 구현예에 따른 유기 광전 소자(100)는 전술한 구현예와 달리 제1 전극(10)과 활성층(30) 사이 및 제2 전극(20)과 활성층(30) 사이에 각각 전하 보조층(40, 50)을 더 포함한다. 전하 보조층(40, 50)은 활성층(30)에서 분리된 정공과 전자의 이동을 용이하게 하여 효율을 높일 수 있다.However, unlike the above-described embodiment, the organic
전하 보조층(40, 50)은 정공의 주입을 용이하게 하는 정공 주입층(hole injecting layer, HIL), 정공의 수송을 용이하게 하는 정공 수송층(hole transporting layer, HTL), 전자의 이동을 저지하는 전자 차단층(electron blocking layer, EBL), 전자의 주입을 용이하게 하는 전자 주입층(electron injecting layer, EIL), 전자의 수송을 용이하게 하는 전자 수송층(electron transporting layer, ETL) 및 정공의 이동을 저지하는 정공 차단층(hole blocking layerm HBL)에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.The charge
전하 보조층(40, 50)은 예컨대 유기물, 무기물 또는 유무기물을 포함할 수 있다. 상기 유기물은 정공 또는 전자 특성을 가지는 유기 화합물일 수 있고, 상기 무기물은 예컨대 몰리브덴 산화물, 텅스텐 산화물, 니켈 산화물과 같은 금속 산화물일 수 있다.The charge
상기 정공 수송층(HTL)은 예컨대 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌술포네이트)(poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate), PEDOT:PSS), 폴리아릴아민, 폴리(N-비닐카바졸)(poly(N-vinylcarbazole), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole), N,N,N',N'-테트라키스(4-메톡시페닐)-벤지딘(N,N,N',N'-tetrakis(4-methoxyphenyl)-benzidine, TPD), 4-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐-아미노]비페닐(4-bis[N-(1-naphthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl, α-NPD), m-MTDATA, 4,4′,4″-트리스(N-카바졸릴)-트리페닐아민(4,4′,4″-tris(N-carbazolyl)-triphenylamine, TCTA) 및 이들의 조합에서 선택되는 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The hole transport layer (HTL) is, for example, poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate) (poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate), PEDOT:PSS), polyarylamine, Poly(N-vinylcarbazole), polyaniline, polypyrrole, N,N,N',N'-tetrakis(4-methoxyphenyl)-benzidine (N, N,N',N'-tetrakis(4-methoxyphenyl)-benzidine, TPD), 4-bis[N-(1-naphthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl(4-bis[N-(1 -naphthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl, α-NPD), m-MTDATA, 4,4′,4″-tris (N-carbazolyl)-triphenylamine (4,4′,4″-tris (N-carbazolyl)-triphenylamine, TCTA), and one selected from a combination thereof, but is not limited thereto.
상기 전자 차단층(EBL)은 예컨대 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌술포네이트)(poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate), PEDOT:PSS), 폴리아릴아민, 폴리(N-비닐카바졸)(poly(N-vinylcarbazole), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole), N,N,N',N'-테트라키스(4-메톡시페닐)-벤지딘(N,N,N',N'-tetrakis(4-methoxyphenyl)-benzidine, TPD), 4-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐-아미노]비페닐(4-bis[N-(1-naphthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl, α-NPD), m-MTDATA, 4,4′,4″-트리스(N-카바졸릴)-트리페닐아민(4,4′,4″-tris(N-carbazolyl)-triphenylamine, TCTA) 및 이들의 조합에서 선택되는 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The electron blocking layer (EBL) is, for example, poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate):poly(styrenesulfonate), PEDOT:PSS), polyarylamine , Poly(N-vinylcarbazole), polyaniline, polypyrrole, N,N,N',N'-tetrakis(4-methoxyphenyl)-benzidine (N ,N,N',N'-tetrakis(4-methoxyphenyl)-benzidine, TPD), 4-bis[N-(1-naphthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl(4-bis[N-( 1-naphthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl, α-NPD), m-MTDATA, 4,4′,4″-tris(N-carbazolyl)-triphenylamine(4,4′,4″- Tris (N-carbazolyl)-triphenylamine, TCTA) and one selected from a combination thereof may be included, but the present invention is not limited thereto.
상기 전자 수송층(ETL)은 예컨대 1,4,5,8-나프탈렌-테트라카르복실릭 디안하이드라이드(1,4,5,8-naphthalene-tetracarboxylic dianhydride, NTCDA), 바소쿠프로인(bathocuproine, BCP), LiF, Alq3, Gaq3, Inq3, Znq2, Zn(BTZ)2, BeBq2 및 이들의 조합에서 선택되는 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The electron transport layer (ETL) is, for example, 1,4,5,8-naphthalene-tetracarboxylic dianhydride (1,4,5,8-naphthalene-tetracarboxylic dianhydride, NTCDA), bathocuproine (BCP). ), LiF, Alq3, Gaq3, Inq3, Znq2, Zn(BTZ)2, BeBq2, and combinations thereof, but are not limited thereto.
상기 정공 차단층(HBL)은 예컨대 1,4,5,8-나프탈렌-테트라카르복실릭 디안하이드라이드(1,4,5,8-naphthalene-tetracarboxylic dianhydride, NTCDA), 바소쿠프로인(BCP), LiF, Alq3, Gaq3, Inq3, Znq2, Zn(BTZ)2, BeBq2 및 이들의 조합에서 선택되는 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The hole blocking layer (HBL) is, for example, 1,4,5,8-naphthalene-tetracarboxylic dianhydride (1,4,5,8-naphthalene-tetracarboxylic dianhydride, NTCDA), vasocuproin (BCP) , LiF, Alq3, Gaq3, Inq3, Znq2, Zn(BTZ)2, BeBq2, and one selected from a combination thereof, but is not limited thereto.
전하 보조층(40, 50) 중 하나는 생략될 수 있다.One of the charge
상기 유기 광전 소자는 태양 전지, 이미지 센서, 광 검출기, 광 센서 및 유기발광다이오드 등에 적용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The organic photoelectric device may be applied to a solar cell, an image sensor, a photo detector, an optical sensor, and an organic light emitting diode, but is not limited thereto.
이하 상기 유기 광전 소자를 적용한 이미지 센서의 일 예에 대하여 도면을 참고하여 설명한다. 여기서는 이미지 센서의 일 예로 유기 CMOS 이미지 센서에 대하여 설명한다.Hereinafter, an example of an image sensor to which the organic photoelectric device is applied will be described with reference to the drawings. Here, an organic CMOS image sensor will be described as an example of the image sensor.
도 3은 일 구현예에 따른 유기 CMOS 이미지 센서를 도시한 단면도이다. 3 is a cross-sectional view illustrating an organic CMOS image sensor according to an embodiment.
도 3은 인접한 청색 화소, 녹색 화소 및 적색 화소를 예시적으로 설명하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 3 exemplarily illustrates adjacent blue, green, and red pixels, but is not limited thereto.
도 3을 참고하면, 일 구현예에 따른 유기 CMOS 이미지 센서(300)는 광 감지 소자(50B, 50R), 전송 트랜지스터(도시하지 않음) 및 전하 저장소(55)가 집적되어 있는 반도체 기판(310), 하부 절연층(60), 색 필터(70), 상부 절연층(80) 및 유기 광전 소자(100)를 포함한다. Referring to FIG. 3, an organic
반도체 기판(310)은 실리콘 기판일 수 있으며, 광 감지 소자(50), 전송 트랜지스터(도시하지 않음) 및 전하 저장소(55)가 집적되어 있다. 광 감지 소자(50)는 광 다이오드일 수 있다. The
광 감지 소자(50B, 50R), 전송 트랜지스터 및/또는 전하 저장소(55)는 각 화소마다 집적되어 있을 수 있으며, 일 예로 도면에서 보는 바와 같이 광 감지 소자(50B, 50R)는 청색 화소 및 적색 화소에 포함될 수 있고 전하 저장소(55)는 녹색 화소에 포함될 수 있다. The photo-
광 감지 소자(50B, 50R)는 빛을 센싱하고 센싱된 정보는 전송 트랜지스터에 의해 전달될 수 있고, 전하 저장소(55)는 후술하는 유기 광전 소자(100)와 전기적으로 연결되어 있고 전하 저장소(55)의 정보는 전송 트랜지스터에 의해 전달될 수 있다.The photo-
반도체 기판(310) 위에는 또한 금속 배선(도시하지 않음) 및 패드(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 금속 배선 및 패드는 신호 지연을 줄이기 위하여 낮은 비저항을 가지는 금속, 예컨대 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(g) 및 이들의 합금으로 만들어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 그러나 상기 구조에 한정되지 않고, 금속 배선 및 패드가 광 감지 소자(50B, 50R)의 하부에 위치할 수도 있다. A metal wiring (not shown) and a pad (not shown) are also formed on the
금속 배선 및 패드 위에는 하부 절연층(60)이 형성되어 있다. 하부 절연층(60)은 산화규소 및/또는 질화규소와 같은 무기 절연 물질 또는 SiC, SiCOH, SiCO 및 SiOF와 같은 저유전율(low K) 물질로 만들어질 수 있다. 하부 절연층(60)은 전하 저장소(55)를 드러내는 트렌치를 가진다. 트렌치는 충전재로 채워져 있을 수 있다. A lower insulating
하부 절연막(60) 위에는 색 필터(70)가 형성되어 있다. 색 필터(70)는 청색 화소에 형성되어 있는 청색 필터(70B)와 적색 화소에 형성되어 있는 적색 필터(70R)를 포함한다. 본 구현예에서는 녹색 필터를 구비하지 않은 예를 설명하지만, 경우에 따라 녹색 필터를 구비할 수도 있다. A
색 필터(70) 위에는 상부 절연층(80)이 형성되어 있다. 상부 절연층(80)은 색 필터(50)에 의한 단차를 제거하고 평탄화한다. 상부 절연층(80) 및 하부 절연층(60)은 패드를 드러내는 접촉구(도시하지 않음)와 녹색 화소의 전하 저장소(55)를 드러내는 관통구(85)를 가진다. An upper insulating
상부 절연층(80) 위에는 전술한 유기 광전 소자(100)가 형성되어 있다. 유기 광전 소자(100)는 전술한 바와 같이 제1 전극(10), 활성층(30) 및 제2 전극(20)을 포함한다. The above-described organic
제1 전극(10)과 제2 전극(20)은 모두 투명 전극일 수 있으며, 활성층(30)은 전술한 바와 같이 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수할 수 있고 녹색 화소의 색 필터를 대체할 수 있다. Both the
제2 전극(20) 측으로부터 입사된 광은 활성층(30)에서 녹색 파장 영역의 빛이 주로 흡수되어 광전 변환될 수 있고 나머지 파장 영역의 빛은 제1 전극(10)을 통과하여 광 감지 소자(50)에 센싱될 수 있다. Light incident from the side of the
도 4는 다른 구현예에 따른 유기 CMOS 이미지 센서를 도시한 단면도이다. 4 is a cross-sectional view illustrating an organic CMOS image sensor according to another embodiment.
도 4를 참고하면, 본 구현예에 따른 유기 CMOS 이미지 센서(300)는 전술한 구현예와 마찬가지로, 광 감지 소자(50B, 50R), 전송 트랜지스터(도시하지 않음) 및 전하 저장소(55)가 집적되어 있는 반도체 기판(310), 하부 절연층(60), 색 필터(70B, 70R), 상부 절연층(80) 및 유기 광전 소자(100)를 포함한다. Referring to FIG. 4, the organic
그러나 전술한 구현예와 달리, 유기 광전 소자(100)는 전하 보조층(40, 50)을 더 포함한다. 전하 보조층(40, 50)은 전술한 바와 같으며, 전하 보조층(40, 50) 중 어느 하나는 생략될 수 있다.
However, unlike the above-described embodiment, the organic
이하 실시예를 통하여 상술한 본 발명의 구현예를 보다 상세하게 설명한다. 다만 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
The embodiments of the present invention described above will be described in more detail through the following examples. However, the following examples are for illustrative purposes only and do not limit the scope of the present invention.
합성예Synthesis example
합성예Synthesis example 1 One
[화학식 1m][Chemical Formula 1m]
60 ml CH2Cl2에 2-클로로-5-벤조일-피롤(2-chlro-5-benzoyl-pyrrole) 1.1 g과 POCl3 1.5 mL를 녹이고, 상온에서 3시간 교반한다. 이어서, 이 용액에 2,4-디메틸-3-에틸피롤(2,4-dimethyl-3-ethylpyrrole) 2.00g을 첨가한 후 36 시간 동안 추가로 교반하여 세척 건조한다. 얻어진 물질을 톨루엔에 녹인 후 미량의 트리에틸아민을 첨가한 후 1시간 동안 상온에서 교반한다. 이어서, BF3OEt2 1.8mL을 첨가한 후 100 ℃에서 10시간 동안 반응시킨다. 이어서 세척 후 진공건조 한다. 얻어진 물질을 20 ml의 아세토니트릴(acetonitrile)에 녹이고, 프로판-1-아민(propane-1-amine) 170 ul을 넣고 교반하면서 10시간 리플럭스시킨 후 얻어진 물질을 재결정시켜서 분말 형태의 상기 화학식 1m으로 표현되는 화합물을 얻는다.2-Chloro-5-benzoyl in 60 ml CH 2 Cl 2 - dissolving the pyrrole (2-chlro-5-benzoyl -pyrrole) 1.1 g and 1.5 mL POCl 3, the reaction mixture was stirred for 3 hours at room temperature. Subsequently, 2.00 g of 2,4-dimethyl-3-ethylpyrrole was added to this solution, followed by additional stirring for 36 hours, followed by washing and drying. After dissolving the obtained material in toluene, a trace amount of triethylamine was added, followed by stirring at room temperature for 1 hour. Then, 1.8 mL of BF 3 OEt 2 was added and reacted at 100° C. for 10 hours. Then, vacuum drying after washing. The obtained material was dissolved in 20 ml of acetonitrile, 170 ul of propane-1-amine was added and refluxed for 10 hours while stirring, and the obtained material was recrystallized to obtain the above formula 1m in powder form. Get the represented compound.
MALD-TOF: 409.13 (M+), 409.21 (calculated) for C23H26BF2N3O, MALD-TOF: 409.13 (M+), 409.21 (calculated) for C 23 H 26 BF 2 N 3 O,
1H NMR (CDCl, Bruker 500 MHz): δ 1.06 (t,3H), 1.54 (s, 3H), 1.83 (t, 3H), 2.40 (q, 2H), 2.68 (s, 3H), 4.61 (d, 2H), 6.47 (s, 1H), 7.26-7.34 (m, 2H), 7.46-7.56 (m, 3H).
1 H NMR (CDCl,
합성예Synthesis example 2 2
[화학식 1n][Formula 1n]
합성예 1에서 얻은 화합물을 에탄올에 녹인 후 말로노니트릴(malononitrile)과 암모늄아세테이트(ammonium acetate)를 첨가하고 생성물을 재결정시켜 상기 화학식 1n으로 표현되는 화합물을 얻는다.After dissolving the compound obtained in Synthesis Example 1 in ethanol, malononitrile and ammonium acetate were added, and the product was recrystallized to obtain a compound represented by Formula 1n.
MALD-TOF: 458.03 (M+), 475.22 (calculated) for C26H26BF2N5, MALD-TOF: 458.03 (M+), 475.22 (calculated) for C 26 H 26 BF 2 N 5 ,
1H NMR (CDCl, Bruker 500 MHz): δ 1.06 (t, 3H), 1.54 (s, 3H), 1.83 (t, 3H), 2.40 (q, 2H), 2.68 (s, 3H), 4.61 (d, 2H), 6.47 (s, 1H), 7.26-7.34 (m, 2H), 7.46-7.56 (m, 3H), 8.20 (s, 1H).
1 H NMR (CDCl,
합성예Synthesis example 3. 3.
[화학식 1o][Formula 1o]
합성예 1에서 얻은 화합물을 에탄올에 녹인 후 피페리딘(piperidine)과 에틸아세토아세테이트(ethyl acetoacetate)를 첨가한다. 이어서 얻어진 생성물을 4시간 동안 리플럭스 시킨 후 건조 및 재결정화하여 상기 화학식 1o로 표현되는 화합물을 얻는다.After dissolving the compound obtained in Synthesis Example 1 in ethanol, piperidine and ethyl acetoacetate were added. Subsequently, the obtained product is refluxed for 4 hours, dried and recrystallized to obtain a compound represented by Formula 1o.
MALD-TOF: 475.21 (M+), 475.22 (calculated) for C27H28BF2N3O2, MALD-TOF: 475.21 (M+), 475.22 (calculated) for C 27 H 28 BF 2 N 3 O 2 ,
1H NMR (CDCl, Bruker 500 MHz): δ 1.06 (t, 3H), 1.54 (s, 3H), 1.83 (t, 3H), 2.40 (q, 2H), 2.68 (s, 3H), 4.61 (d, 2H), 6.47 (s, 1H), 7.26-7.34 (m, 2H), 7.46-7.56 (m, 3H). 8.21 (s, 1H)
1 H NMR (CDCl,
합성예Synthesis example 4 4
[화학식 1p][Formula 1p]
합성예 1에서 얻은 화합물을 무수 에탄올에 녹인 후 피페리딘과 에틸시아노아세테이트(ethyl cyanoacetate)를 첨가한다. 이어서 얻어진 생성물을 4시간 동안 리플럭스시킨 후 건조 및 재결정화하여 상기 화학식 1p로 표현되는 화합물을 얻는다.After dissolving the compound obtained in Synthesis Example 1 in absolute ethanol, piperidine and ethyl cyanoacetate were added. Subsequently, the obtained product is refluxed for 4 hours, dried and recrystallized to obtain a compound represented by Formula 1p.
MALD-TOF: 458.11 (M+), 458.21 (calculated) for C26H25BF2N4O, MALD-TOF: 458.11 (M+), 458.21 (calculated) for C 26 H 25 BF 2 N 4 O,
1H NMR (CDCl, Bruker 500 MHz): δ 1.05 (t, 3H), 1.50 (s, 3H), 1.82 (t, 3H), 2.41 (q, 2H), 2.69 (s, 3H), 4.60 (d, 2H), 6.40 (s, 1H), 7.26-7.34 (m, 2H), 7.52-7.83 (m, 3H) 8.13 (s, 1H)
1 H NMR (CDCl,
합성예Synthesis example 5 5
[화학식 1j] [Formula 1j]
합성예 3에서 얻은 화합물을 에탄올에 녹인 후 말로노니트릴(malononitrile)과 암모늄아세테이트(ammonium acetate)를 첨가하고 생성물을 재결정시켜 상기 화학식 1j로 표현되는 화합물을 얻는다.After dissolving the compound obtained in Synthesis Example 3 in ethanol, malononitrile and ammonium acetate were added, and the product was recrystallized to obtain a compound represented by Formula 1j.
MALD-TOF: 507.47 (M+), 506.22 (calculated) for C27H28BF2N3O2, MALD-TOF: 507.47 (M+), 506.22 (calculated) for C 27 H 28 BF 2 N 3 O 2 ,
1H NMR (CDCl, Bruker 500 MHz): δ 1.05 (t, 3H), 1.50 (s, 3H), 1.82 (t, 3H), 2.41 (q, 2H), 2.69 (s, 3H), 4.60 (d, 2H), 6.40 (s, 1H), 7.26-7.34 (m, 2H), 7.52-7.83 (m, 3H), 7.89 (s, 1H).
1 H NMR (CDCl,
평가 1: Evaluation 1: 흡광Absorbance 특성 characteristic
합성예 1 내지 5에서 얻은 화합물의 파장에 따른 흡광 특성을 평가한다.The light absorption properties of the compounds obtained in Synthesis Examples 1 to 5 according to the wavelength were evaluated.
흡광 특성은 합성예 1 내지 5에서 얻은 화합물을 고진공(< 10-7 Torr) 하에서 0.1 내지 1.0Å/s 속도로 열증착(thermal evaporation)하여 50nm 내지 100nm 두께의 박막으로 준비한 후 상기 박막을 Cary 5000 UV spectroscopy (Varian 사 제조)를 사용하여 자외선-가시광선(UV-Vis)을 조사하여 평가한다.The light absorption characteristics were prepared by thermal evaporation of the compounds obtained in Synthesis Examples 1 to 5 at a rate of 0.1 to 1.0 Å/s under high vacuum (< 10 -7 Torr) to prepare a thin film having a thickness of 50 nm to 100 nm, and then the thin film was Cary 5000 Using UV spectroscopy (manufactured by Varian), it is evaluated by irradiating ultraviolet-visible light (UV-Vis).
그 결과는 표 1과 같다.The results are shown in Table 1.
표 1을 참고하면, 합성예 1 내지 5에서 얻은 화합물은 약 500nm 내지 600nm에서 최대 흡광 파장(λmax)을 가지고 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수할 수 있음을 확인할 수 있다.Referring to Table 1, it can be seen that the compounds obtained in Synthesis Examples 1 to 5 have a maximum absorption wavelength (λ max ) at about 500 nm to 600 nm and can selectively absorb light in a green wavelength region.
평가 2: 박막 특성Evaluation 2: thin film properties
합성예 3에서 얻은 화합물의 박막 특성을 평가한다.The thin film properties of the compound obtained in Synthesis Example 3 were evaluated.
표면 특성은 합성예 3에서 얻은 화합물을 고진공(< 10-7 Torr) 하에서 0.5 내지 1.0Å/s 속도로 열증착(thermal evaporation)하여 50 내지 100nm 두께의 박막으로 준비한 후 상기 박막을 원자력현미경(atomic force microscope) (Dimension V (Veeco Co.)을 사용하여 평가한다.Surface properties were prepared by thermal evaporation of the compound obtained in Synthesis Example 3 at a rate of 0.5 to 1.0 Å/s under high vacuum (< 10 -7 Torr) to form a 50 to 100 nm thick thin film, and then the thin film was subjected to atomic force microscope. force microscope) (Dimension V (Veeco Co.)).
도 5는 합성예 3에서 얻은 화합물의 박막 특성을 보여주는 사진이다.5 is a photograph showing the thin film properties of the compound obtained in Synthesis Example 3.
도 5를 참고하면, 합성예 3에서 얻은 화합물은 표면이 고른 우수한 단막 특성을 갖는 박막이 형성된 것을 확인할 수 있다.
Referring to FIG. 5, it can be seen that the compound obtained in Synthesis Example 3 formed a thin film having excellent single-film properties with an even surface.
평가 3: 에너지 레벨Assessment 3: Energy level
하기 화학식 1a 내지 1p로 표현되는 화합물의 에너지 레벨을 평가한다.The energy level of the compounds represented by the following formulas 1a to 1p is evaluated.
에너지 레벨은 Gaussian software를 이용하여 density functional theory (DFT) 방법으로 B3LYP/6-31G basis set으로 계산하였고, AC-2 photoelectron spectrometer (Hitachi Co.)으로 평가한다.Energy level was calculated on a B3LYP/6-31G basis set by density functional theory (DFT) method using Gaussian software, and evaluated by AC-2 photoelectron spectrometer (Hitachi Co.).
[화학식 1a] [화학식 1b] [화학식 1c] [화학식 1d] [Formula 1a] [Formula 1b] [Formula 1c] [Formula 1d]
[화학식 1e] [화학식 1f] [화학식 1g][Formula 1e] [Formula 1f] [Formula 1g]
[화학식 1h] [화학식 1i] [화학식 1j][Formula 1h] [Formula 1i] [Formula 1j]
[화학식 1k] [화학식 1l] [화학식 1m] [화학식 1n][Formula 1k] [Formula 1l] [Formula 1m] [Formula 1n]
[화학식 1o] [화학식 1p] [Formula 1o] [Formula 1p]
그 결과는 표 2와 같다.The results are shown in Table 2.
표 2를 참고하면, 화학식 1a 내지 1p로 표현되는 화합물은 약 4.3 내지 7.0eV의 HOMO 레벨 및 약 1.9 내지 3.1eV의 에너지 밴드갭을 가지는 것을 확인할 수 있다.
Referring to Table 2, it can be seen that the compounds represented by Formulas 1a to 1p have a HOMO level of about 4.3 to 7.0 eV and an energy band gap of about 1.9 to 3.1 eV.
유기 abandonment 광전Photoelectric 소자의 제작 Device fabrication
실시예Example 1 One
유리 기판 위에 ITO를 스퍼터링으로 적층하여 약 100nm 두께의 애노드를 형성하고 그 위에 전하 보조층으로 몰리브덴 산화물(MoOx) 박막을 30nm 두께로 적층한다. 이어서 몰리브덴 산화물(MoOx) 박막 위에 합성예 3에 따른 화합물(n형 반도체)과 하기 화학식 3a으로 표현되는 화합물(p형 반도체)을 1:1 두께 비로 공증착하여 70nm 두께의 활성층을 형성한다. 이어서 활성층 위에 알루미늄(Al)을 스퍼터링으로 적층하여 80nm 두께의 캐소드를 형성하여 유기 광전 소자를 제작한다.ITO is stacked on a glass substrate by sputtering to form an anode having a thickness of about 100 nm, and a molybdenum oxide (MoOx) thin film is laminated thereon as a charge auxiliary layer to a thickness of 30 nm. Subsequently, the compound according to Synthesis Example 3 (n-type semiconductor) and the compound (p-type semiconductor) represented by the following Formula 3a were co-deposited on a molybdenum oxide (MoOx) thin film in a 1:1 thickness ratio to form an active layer having a thickness of 70 nm. Subsequently, aluminum (Al) is laminated on the active layer by sputtering to form a cathode having a thickness of 80 nm, thereby fabricating an organic photoelectric device.
[화학식 3a][Formula 3a]
실시예Example 2 2
합성예 3에 따른 화합물(n형 반도체)과 상기 화학식 3a으로 표현되는 화합물(p형 반도체) 대신 하기 화학식 4로 표현되는 화합물(n형 반도체)와 합성예 4에 따른 화합물(p형 반도체)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 광전 소자를 제작한다.Instead of the compound (n-type semiconductor) according to Synthesis Example 3 and the compound (p-type semiconductor) represented by Formula 3a, a compound (n-type semiconductor) and a compound (p-type semiconductor) according to Synthesis Example 4 An organic photoelectric device was fabricated in the same manner as in Example 1, except that it was used.
[화학식 4][Formula 4]
실시예Example 3 3
합성예 3에 따른 화합물(n형 반도체)과 상기 화학식 3a으로 표현되는 화합물(p형 반도체) 대신 합성예 4에 따른 화합물(n형 반도체)과 상기 화학식 3a로 표현되는 화합물(p형 반도체)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 광전 소자를 제작한다.
Instead of the compound according to Synthesis Example 3 (n-type semiconductor) and the compound represented by Formula 3a (p-type semiconductor), the compound according to Synthesis Example 4 (n-type semiconductor) and the compound (p-type semiconductor) represented by Formula 3a An organic photoelectric device was fabricated in the same manner as in Example 1, except that it was used.
실시예Example 4 4
합성예 3에 따른 화합물(n형 반도체)과 상기 화학식 3a으로 표현되는 화합물(p형 반도체) 대신 합성예 4에 따른 화합물(n형 반도체)과 하기 화학식 2a로 표현되는 화합물(p형 반도체)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 광전 소자를 제작한다.Instead of the compound according to Synthesis Example 3 (n-type semiconductor) and the compound represented by Formula 3a (p-type semiconductor), a compound (n-type semiconductor) according to Synthesis Example 4 and a compound (p-type semiconductor) represented by the following formula 2a An organic photoelectric device was fabricated in the same manner as in Example 1, except that it was used.
[화학식 2a][Formula 2a]
실시예Example 5 5
합성예 3에 따른 화합물(n형 반도체)과 상기 화학식 3a으로 표현되는 화합물(p형 반도체) 대신 합성예 4에 따른 화합물(n형 반도체)과 하기 화학식 2b로 표현되는 화합물(p형 반도체)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 광전 소자를 제작한다.Instead of the compound according to Synthesis Example 3 (n-type semiconductor) and the compound represented by Formula 3a (p-type semiconductor), a compound (n-type semiconductor) according to Synthesis Example 4 and a compound (p-type semiconductor) represented by the following formula 2b An organic photoelectric device was fabricated in the same manner as in Example 1, except that it was used.
[화학식 2b][Formula 2b]
실시예Example 6 6
합성예 3에 따른 화합물(n형 반도체)과 상기 화학식 3a으로 표현되는 화합물(p형 반도체) 대신 합성예 4에 따른 화합물(n형 반도체)과 하기 화학식 2d로 표현되는 화합물(p형 반도체)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 광전 소자를 제작한다.Instead of the compound according to Synthesis Example 3 (n-type semiconductor) and the compound represented by Formula 3a (p-type semiconductor), a compound (n-type semiconductor) according to Synthesis Example 4 and a compound (p-type semiconductor) represented by the following formula 2d An organic photoelectric device was fabricated in the same manner as in Example 1, except that it was used.
[화학식 2d][Formula 2d]
평가 4: 외부양자효율(Evaluation 4: External quantum efficiency ( EQEEQE ))
실시예 1 내지 6에 따른 유기 광전 소자의 파장 및 전압에 따른 외부양자효율(EQE)을 평가한다.The external quantum efficiency (EQE) according to the wavelength and voltage of the organic photoelectric devices according to Examples 1 to 6 was evaluated.
외부양자효율은 IPCE measurement system (McScience사, 한국) 설비를 이용하여 측정한다. 먼저, Si 광 다이오드 (Hamamatsu사, 일본)를 이용하여 설비를 보정(calibration)한 후 실시예 1 내지 6에 따른 유기 광전 소자를 설비에 장착하고 파장범위 약 350 내지 750nm 영역에서 외부양자효율을 측정한다.External quantum efficiency is measured using the IPCE measurement system (McScience, Korea). First, after calibrating the facility using a Si photodiode (Hamamatsu, Japan), the organic photoelectric device according to Examples 1 to 6 was mounted on the facility, and the external quantum efficiency was measured in the wavelength range of about 350 to 750 nm. do.
도 6 내지 도 11은 각각 실시예 1 내지 6에 따른 유기 광전 소자의 파장 및 전압에 따른 외부양자효율(EQE)을 보여주는 그래프이다.6 to 11 are graphs showing external quantum efficiency (EQE) according to wavelength and voltage of organic photoelectric devices according to Examples 1 to 6, respectively.
도 6 내지 도 11을 참고하면, 약 500nm 내지 600nm의 녹색 파장 영역에서 외부양자효율(EQE)이 양호한 것을 확인할 수 있다.
6 to 11, it can be seen that the external quantum efficiency (EQE) is good in the green wavelength region of about 500 nm to 600 nm.
평가 5: 열 안정성Evaluation 5: thermal stability
실시예 4 및 5에 따른 유기 광전 소자의 열 안정성을 평가한다.The thermal stability of the organic photoelectric devices according to Examples 4 and 5 was evaluated.
열 안정성은 실시예 4 및 5에 따른 유기 광전 소자를 120℃에서 30분간 방치한 후 전류밀도(current density)의 변화로부터 평가한다.Thermal stability was evaluated from the change in current density after allowing the organic photoelectric devices according to Examples 4 and 5 to stand at 120° C. for 30 minutes.
도 12는 실시예 4에 따른 유기 광전 소자를 120℃에서 30분간 방치한 후 전류밀도의 변화를 보여주는 그래프이고, 도 13은 실시예 5에 따른 유기 광전 소자를 120℃에서 30분간 방치한 후 전류밀도의 변화를 보여주는 그래프이다.12 is a graph showing a change in current density after allowing the organic photoelectric device according to Example 4 to stand at 120° C. for 30 minutes, and FIG. 13 is a graph showing the current density after leaving the organic photoelectric device according to Example 5 at 120° C. for 30 minutes. It is a graph showing the change in density.
도 12 및 도 13을 참고하면, 실시예 4 및 5에 따른 유기 광전 소자는 120℃에서 30분간 방치한 후 암전류가 감소하는 현상을 보이며, 이로부터 소자의 특성이 안정화되는 것을 확인할 수 있다. 이에 따라 실시예 4 및 5에 따른 유기 광전 소자는 고온에서 방치한 후에도 성능이 저하되지 않고 열 안정성이 높음을 확인할 수 있다.
12 and 13, the organic photoelectric device according to Examples 4 and 5 shows a phenomenon in which dark current decreases after being left at 120° C. for 30 minutes, and from this, it can be seen that the characteristics of the device are stabilized. Accordingly, it can be seen that the organic photoelectric devices according to Examples 4 and 5 do not deteriorate in performance and have high thermal stability even after being left at a high temperature.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements by those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims are also present. It belongs to the scope of the invention.
10: 제1 전극 20: 제2 전극
30: 활성층 40, 50: 전하 보조층
100: 유기 광전 소자
300: 유기 CMOS 이미지 센서10: first electrode 20: second electrode
30:
100: organic photoelectric device
300: organic CMOS image sensor
Claims (19)
[화학식 1d] [화학식 1e] [화학식 1f]
[화학식 1g]
[화학식 1h] [화학식 1j] [화학식 1n]
A compound represented by any one of the following formulas 1d, 1e, 1f, 1g, 1h, 1j and 1n:
[Formula 1d] [Formula 1e] [Formula 1f]
[Formula 1g]
[Formula 1h] [Formula 1j] [Formula 1n]
상기 화합물은 500nm 내지 600nm에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가지는 화합물.
In claim 1,
The compound is a compound having a maximum absorption wavelength (λ max ) at 500nm to 600nm.
상기 화합물은 박막 상태에서 50nm 내지 150nm의 반치폭 (full width at half maximum, FWHM)을 가지는 흡광 곡선을 나타내는 화합물.
In claim 1,
The compound is a compound showing an absorption curve having a full width at half maximum (FWHM) of 50nm to 150nm in a thin film state.
상기 화합물은 4.3 내지 7.0eV의 HOMO 레벨 및 1.9 내지 3.1eV의 에너지 밴드갭을 가지는 화합물.
In claim 1,
The compound has a HOMO level of 4.3 to 7.0 eV and an energy band gap of 1.9 to 3.1 eV.
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하고 하기 화학식 1로 표현되는 화합물을 포함하는 활성층
을 포함하고,
상기 활성층은 500nm 내지 600nm에서 최대 흡수 파장(λmax) 및 50nm 내지 150nm의 반치폭을 가진 흡광 곡선을 나타내는
유기 광전 소자:
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
R1은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 아실기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴아민기, 아민기, 할로겐기, 히드록시기, 시아노기, 시아노비닐기, 디시아노비닐기 또는 이들의 조합이고,
R2 내지 R7은 각각 독립적으로 존재하거나 인접한 두 개가 결합하여 융합고리를 형성하고, 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 아실기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 카르보닐기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴아민기, 아민기, 할로겐기, 히드록시기, 시아노기, 시아노비닐기, 디시아노비닐기 또는 이들의 조합이고,
X1 및 X2는 각각 독립적으로 할로겐 기, 할로겐 함유기 또는 이들의 조합이고,
여기서 치환은 적어도 하나의 수소가 할로겐 원자, 히드록시기, 알콕시기, 니트로기, 시아노기, 아미노기, 아지도기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, 카르보닐기, 카르바밀기, 티올기, 에스테르기, 카르복실기, 술폰산기, 인산기, C1 내지 C20 알킬기, C2 내지 C20 알케닐기, C2 내지 C20 알키닐기, C6 내지 C30 아릴기, C7 내지 C30 아릴알킬기, C1 내지 C4 알콕시기, C1 내지 C20 헤테로알킬기, C3 내지 C20 헤테로아릴알킬기, C3 내지 C30 사이클로알킬기, C3 내지 C15 사이클로알케닐기, C6 내지 C15 사이클로알키닐기, C2 내지 C20 헤테로사이클로알킬기 또는 이들의 조합으로 치환된 것을 의미한다.
A first electrode and a second electrode facing each other, and
An active layer positioned between the first electrode and the second electrode and containing a compound represented by the following formula (1)
Including,
The active layer exhibits an absorption curve having a maximum absorption wavelength (λ max ) at 500 nm to 600 nm and a half width of 50 nm to 150 nm.
Organic photoelectric device:
[Formula 1]
In Formula 1,
R 1 is a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C30 cycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 heterocycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, substituted or unsubstituted Ringed C3 to C30 heteroaryl group, substituted or unsubstituted C1 to C30 acyl group, substituted or unsubstituted C6 to C30 arylamine group, amine group, halogen group, hydroxy group, cyano group, cyanovinyl group, dicyano Vinyl group or a combination thereof,
R 2 to R 7 are each independently present or two adjacent to each other form a fused ring, and hydrogen, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C30 cycloalkyl group, substituted or unsubstituted C3 to C30 cycloalkenyl group, substituted or unsubstituted C2 to C30 heterocycloalkyl group, substituted or unsubstituted C3 to C30 heterocycloalkenyl group, substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, substituted or unsubstituted C3 to C30 heteroaryl group, substituted or unsubstituted C1 to C30 acyl group, substituted or unsubstituted C1 to C30 carbonyl group, substituted or unsubstituted C6 to C30 arylamine group, amine Group, halogen group, hydroxy group, cyano group, cyanovinyl group, dicyanovinyl group, or a combination thereof,
X 1 and X 2 are each independently a halogen group, a halogen-containing group, or a combination thereof,
In this case, at least one hydrogen is a halogen atom, a hydroxy group, an alkoxy group, a nitro group, a cyano group, an amino group, an azido group, an amidino group, a hydrazino group, a hydrazono group, a carbonyl group, a carbamyl group, a thiol group, an ester group. , Carboxyl group, sulfonic acid group, phosphoric acid group, C1 to C20 alkyl group, C2 to C20 alkenyl group, C2 to C20 alkynyl group, C6 to C30 aryl group, C7 to C30 arylalkyl group, C1 to C4 alkoxy group, C1 to C20 heteroalkyl group, C3 To C20 heteroarylalkyl group, C3 to C30 cycloalkyl group, C3 to C15 cycloalkenyl group, C6 to C15 cycloalkynyl group, C2 to C20 heterocycloalkyl group, or a combination thereof.
상기 화합물은 4.3 내지 7.0eV의 HOMO 레벨 및 1.9 내지 3.1eV의 에너지 밴드갭을 가지는 유기 광전 소자.
In clause 7,
The compound is an organic photoelectric device having a HOMO level of 4.3 to 7.0 eV and an energy band gap of 1.9 to 3.1 eV.
X1 및 X2는 각각 불소이고,
R1은 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 시아노기 또는 이들의 조합인
유기 광전 소자.
In clause 7,
X 1 and X 2 are each fluorine,
R 1 is a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, a cyano group, or a combination thereof
Organic photoelectric device.
상기 화학식 1로 표현되는 화합물은 하기 화학식 1b 내지 1h 및 1j 내지 1p 중 어느 하나로 표현되는 유기 광전 소자:
[화학식 1b] [화학식 1c] [화학식 1d]
[화학식 1e] [화학식 1f] [화학식 1g]
[화학식 1h] [화학식 1j]
[화학식 1k] [화학식 1l] [화학식 1m] [화학식 1n]
[화학식 1o] [화학식 1p]
In clause 7,
The compound represented by Formula 1 is an organic photoelectric device represented by any one of the following Formulas 1b to 1h and 1j to 1p:
[Formula 1b] [Formula 1c] [Formula 1d]
[Formula 1e] [Formula 1f] [Formula 1g]
[Formula 1h] [Formula 1j]
[Formula 1k] [Formula 1l] [Formula 1m] [Formula 1n]
[Formula 1o] [Formula 1p]
상기 활성층은 p형 반도체 화합물 또는 n형 반도체 화합물을 더 포함하는 유기 광전 소자.
In clause 7,
The active layer is an organic photoelectric device further comprising a p-type semiconductor compound or an n-type semiconductor compound.
상기 p형 반도체 화합물은 하기 화학식 2로 표현되는 화합물 및 하기 화학식 3으로 표현되는 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 유기 광전 소자:
[화학식 2]
상기 화학식 2에서,
R8 내지 R19는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기, 할로겐 원자 또는 이들의 조합이고,
여기서 치환은 적어도 하나의 수소가 할로겐 원자, 히드록시기, 알콕시기, 니트로기, 시아노기, 아미노기, 아지도기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, 카르보닐기, 카르바밀기, 티올기, 에스테르기, 카르복실기, 술폰산기, 인산기, C1 내지 C20 알킬기, C2 내지 C20 알케닐기, C2 내지 C20 알키닐기, C6 내지 C30 아릴기, C7 내지 C30 아릴알킬기, C1 내지 C4 알콕시기, C1 내지 C20 헤테로알킬기, C3 내지 C20 헤테로아릴알킬기, C3 내지 C30 사이클로알킬기, C3 내지 C15 사이클로알케닐기, C6 내지 C15 사이클로알키닐기, C2 내지 C20 헤테로사이클로알킬기 또는 이들의 조합으로 치환된 것을 의미하고,
[화학식 3]
상기 화학식 3에서,
R20 내지 R31은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기, 할로겐 원자, 할로겐 함유기 또는 이들의 조합이고,
X는 음이온이고,
여기서 치환은 적어도 하나의 수소가 할로겐 원자, 히드록시기, 알콕시기, 니트로기, 시아노기, 아미노기, 아지도기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, 카르보닐기, 카르바밀기, 티올기, 에스테르기, 카르복실기, 술폰산기, 인산기, C1 내지 C20 알킬기, C2 내지 C20 알케닐기, C2 내지 C20 알키닐기, C6 내지 C30 아릴기, C7 내지 C30 아릴알킬기, C1 내지 C4 알콕시기, C1 내지 C20 헤테로알킬기, C3 내지 C20 헤테로아릴알킬기, C3 내지 C30 사이클로알킬기, C3 내지 C15 사이클로알케닐기, C6 내지 C15 사이클로알키닐기, C2 내지 C20 헤테로사이클로알킬기 또는 이들의 조합으로 치환된 것을 의미한다.
In claim 13,
The p-type semiconductor compound is an organic photoelectric device comprising at least one of a compound represented by Formula 2 below and a compound represented by Formula 3 below:
[Formula 2]
In Chemical Formula 2,
R 8 to R 19 are Each independently hydrogen, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C30 cycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 heterocycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, substituted Or an unsubstituted C3 to C30 heteroaryl group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkoxy group, a halogen atom, or a combination thereof,
In this case, at least one hydrogen is a halogen atom, a hydroxy group, an alkoxy group, a nitro group, a cyano group, an amino group, an azido group, an amidino group, a hydrazino group, a hydrazono group, a carbonyl group, a carbamyl group, a thiol group, an ester group. , Carboxyl group, sulfonic acid group, phosphoric acid group, C1 to C20 alkyl group, C2 to C20 alkenyl group, C2 to C20 alkynyl group, C6 to C30 aryl group, C7 to C30 arylalkyl group, C1 to C4 alkoxy group, C1 to C20 heteroalkyl group, C3 To C20 heteroarylalkyl group, C3 to C30 cycloalkyl group, C3 to C15 cycloalkenyl group, C6 to C15 cycloalkynyl group, C2 to C20 heterocycloalkyl group, or a combination thereof,
[Formula 3]
In Chemical Formula 3,
R 20 to R 31 are each independently hydrogen, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, a substituted or unsubstituted C3 to C30 heteroaryl group, a halogen atom, a halogen-containing group Or a combination thereof,
X is an anion,
In this case, at least one hydrogen is a halogen atom, a hydroxy group, an alkoxy group, a nitro group, a cyano group, an amino group, an azido group, an amidino group, a hydrazino group, a hydrazono group, a carbonyl group, a carbamyl group, a thiol group, an ester group. , Carboxyl group, sulfonic acid group, phosphoric acid group, C1 to C20 alkyl group, C2 to C20 alkenyl group, C2 to C20 alkynyl group, C6 to C30 aryl group, C7 to C30 arylalkyl group, C1 to C4 alkoxy group, C1 to C20 heteroalkyl group, C3 To C20 heteroarylalkyl group, C3 to C30 cycloalkyl group, C3 to C15 cycloalkenyl group, C6 to C15 cycloalkynyl group, C2 to C20 heterocycloalkyl group, or a combination thereof.
상기 활성층은 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 유기 광전 소자.
In clause 7,
The active layer is an organic photoelectric device that selectively absorbs light in a green wavelength region.
상기 활성층은 상기 화학식 1로 표현되는 화합물을 포함하는 진성층을 포함하는 유기 광전 소자.
In clause 7,
The active layer is an organic photoelectric device including an intrinsic layer including the compound represented by Chemical Formula 1.
상기 활성층은 상기 진성층의 일면에 위치하는 p형 층과 상기 진성층의 다른 일면에 위치하는 n형 층 중 적어도 하나를 더 포함하는 유기 광전 소자.
In paragraph 16,
The active layer further comprises at least one of a p-type layer on one surface of the intrinsic layer and an n-type layer on the other surface of the intrinsic layer.
An image sensor comprising the organic photoelectric device according to any one of claims 7 and 10 to 17.
청색 파장 영역의 광을 감지하는 복수의 제1 광 감지 소자 및 적색 파장 영역의 광을 감지하는 복수의 제2 광 감지 소자가 집적되어 있는 반도체 기판,
상기 반도체 기판의 상부에 위치하고 청색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 청색 필터와 적색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 적색 필터를 포함하는 색 필터 층, 그리고
상기 색 필터 층의 상부에 위치하고 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 상기 유기 광전 소자
를 포함하는 이미지 센서.
In paragraph 18,
A semiconductor substrate in which a plurality of first photo-sensing devices for sensing light in a blue wavelength region and a plurality of second photo-sensing devices for sensing light in a red wavelength region are integrated,
A color filter layer disposed on the semiconductor substrate and including a blue filter selectively absorbing light in a blue wavelength region and a red filter selectively absorbing light in a red wavelength region, and
The organic photoelectric device positioned above the color filter layer and selectively absorbs light in a green wavelength region
An image sensor comprising a.
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E902 | Notification of reason for refusal | ||
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GRNT | Written decision to grant |